Spatial and temporal study of areas vulnerable to hail on agricultural products of East Azerbaijan province

Document Type : Full length article


1 Associate Professor of Climatology, University of zanjan, Zanjan, Iran

2 Asisstant Professor of Climatology, University of zanjan, Zanjan, Iran

3 PhD student in Climatology, University of zanjan, Zanjan, Iran


Extended Abstract
Hail is a natural disaster for all people, especially farmers. The Hail damage depends on the frequency and intensity of rainfall. Usually in the insurance industry to calculate the risk of hail damage in each area, the frequency of rainfall (in terms of days) and the average damage, which is statistically significant are used. Hail is one of the phenomena connected with thunderstorms that occur in unstable atmospheres with high humidity and in the presence of strong winds and with mechanisms that increase instability, and these conditions are affected by local topography and climatology of air masses. Therefore, according to the natural risk management strategy, which is a potential and very serious role in reducing the damage caused by natural disasters in the region, hail can be predicted and dealt with and led to control of the resulting damage. Therefore, in order to investigate the spatial and temporal distribution of hail damage on agricultural products of East Azerbaijan province, the zoning of vulnerable areas in terms of hail damage, the cause of possible differences in different areas and the conditions in which this rainfall is present, were examined.
East Azerbaijan is located in northwestern Iran between 36˚47' N and 39˚ 40' N latitudes and between 45˚ 3' E and 48˚ 50' E longitudes. East Azerbaijan with an area of ​​45261.4 square kilometers is located in the northwestern of the Iranian plateau. In this study, to investigate and analyze the losses of the agricultural sector due to hail, the data of the agricultural Insurance fund for the were useded from 2010-2019. In many cases the hail phenomenon occurs in small area where there are limited number of synoptic stations so the occurrence of this phenomenon cannot be seen and recorded. Therefore, in order to assess the damage caused by hail in the study area, the day's whit hail damages were extracted and examined from the data of the Agricultural Products Insurance Fund. Then, spatial statistics, hot spot index and ARC GIS software were used to identify areas vulnerable to hail.
Results and Discussion
The results showed that the damage caused by this phenomenon on Agricultural crops in East Azerbaijan province is an average of 123.5 hectares per year, Bonab with annual average 568.1 hectares and Ahar with 491.2 hectares and Tark with 476.2 hectares are in the next ranks. But in terms of damage to crops, it was determined that Qara Aghaj with an annual average of 1143.9 hectares has the highest level of damage and Hashtrood with 826.6 hectares and Ahar with 369.1 hectares are in the next ranks.
In terms of the level of damage to the total crop and horticultural products during the study period, it was found that in the province, on average, about 262 hectares of the province's area under cultivation are damaged annually due to this phenomenon. The highest level of damage is related to Qara Aghaj region with an annual average of 1159.7 hectares, which includes 14.7% of the total hail damages in the study area, and Hashtrood and Ahar with 1057.9 (13.4%) and 860.3 hectares (10.9%, respectively). Are in the next ranks. The spatial statistics and spatial autocorrelation techniques were used identify areas vulnerable to hail, and the Gi* index was used to ensure areas with high and low value clusters. The results showed that in agriculture, the values ​​of positive spatial correlation are concentrated in parts of the south of the province, which is the most vulnerable area, the central parts of Charavimaq and Shadian, In the garden sector, the values ​​of positive spatial correlation are concentrated the northwest and southwest of the province, and among most vulnerable area in the study are in the central and Yamchi Marand districts.
The results of this study showed that the highest frequency of damaging hail occurred in May and the lowest frequency occurred in August. The results also showed that about 71% of the harmful hail in the study area occurred in the warm seasons, which coincides with the plant growing season in this area. In the period under review, the rainfall of harmful hail in East Azerbaijan province was on average between 09:00 and 15:00 (G.M.T) more than other hours, and in this 10-year period, the maximum rainfall occurred at 12:00.
In the study of hot spots based on Gi* index, it was found that in agriculture, high values ​​(positive spatial autocorrelation) are concentrated in parts of the south and northwest of the province, respectively. Examination of the total damage of agriculture and horticulture showed that high values ​​(positive spatial correlation) are concentrated in parts of the south of the province, and the most vulnerable areas in the study are ​​the central parts of Charavimaq, Shadian and Nazar Kahrizi. On the other hand, a region with less vulnerability in parts of the west of the province, especially the central parts of Osku, Khosrowshahr, Mamqan, Gogan and the suburbs of Azarshahr, corresponds to areas with a spatial distribution pattern with the highest significant negative spatial self-correlation and 99 Percentages (strong-cold-cold cluster) are concentrated. By examining vulnerable areas, we can point to the high area under cultivation in these areas, as well as the impact of local factors such as topography, altitude and external factors, such as the entry of hail storms from the west and southwest of the province in its occurrence and intensification. The results of this study show the efficiency of spatial statistics techniques in identifying vulnerable areas and proper segregation based on the principles of spatial statistics and can be used as a model in other agricultural and economic sectors of the country. It is also recommended to study this index and combine the information obtained from spatial statistics with climatic information, studying the long-term impact of phenomena on changes in the pattern of hot spots and developing other spatial indicators in future studies.


Main Subjects

  1. آسیایی، م. و خزانه‏داری، ل. (1386). پهنه‏بندی بارش تگرگ در ایران و ارائة روش‏های مناسب جهت تعدیل آن، مجلة علوم جغرافیایی، 5 و 6: 170-194.
  2. اکبرزاده، ی. (1387). تحلیل زمانی و مکانی بارش تگرگ در آذربایجان شرقی، پایان‏نامة کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی، دانشگاه زنجان، دانشکدة ادبیات و علوم انسانی، زنجان.
  3. بازگیر، س.؛ ایلدرومی، ع.؛ صابر، ق.؛ ارشادی، ا. و نوری، ح. (1397). واکاوی همدید مخاطرة تگرگ در شهرستان بجنورد، مدیریت مخاطرات محیطی، 5(4): 339-358.
  4. جوانمرد، س.؛ فاتح، ش. و دالایی، ح. (1386). مدیریت ریسک تگرگ جهت کاهش پتانسیل خطرپذیزی در کشور (مطالعة موردی محصولات سیب‏زمینی و برنج)، نخستین کنگرة بین‏المللی مدیریت ریسک، صص 1-20.
  5. جهانگیری، ز.؛ پدرام، م. و سیف، م. (1384). بررسی توزیع مکانی و زمانی بارش تگرگ و خسارت‏های ناشی از آن در ایران، مجموعه‏مقالات کنفرانس بین‏اللملی مخاطرات زمین، بلایای طبیعی و راهکارهای مقابله با آن‏ها، دانشگاه تبریز، تبریز.
  6. خوشحال دستجردی، ج و قویدل رحیمی، ی. (1386). شناسایی ویژگی‏های سوانح محیطی منطقة شمال غرب ایران/ نمونة مطالعاتی: خطر طوفان‏های تندری در تبریز، فصل‏نامة مدرس علوم انسانی، صص 101-115.
  7. درگاهیان، ف.علیجانی، ب .رضایی، غ و رحمان پور، پ . (1394) تحلیل آماری ، ترمودینامیکی و همدیدی پدیده تگرگ در استان لرستان ،رفصلنامه برنامه ریزی منطقه ای، شماره 18 ، صص130-117.
  8. سلیمی سبحان، م.؛ حجازی‏زاده، ز.؛ صیادی، ف. و قادری، ف. (1398). تحلیل همدیدی و شناسایی شار رطوبت روزهای همراه با تگرگ در غرب ایران (مطالعة موردی: حوضة آبریز زاب، آذربایجان غربی)، پژوهش‏های جغرافیای طبیعی (پژوهش‏های جغرافیایی)، 51(4): 715-731.
  9. سیف، م. (1375). بررسی توزیع بارش تگرگ در ایران و مطالعة موردی آن، پایان‏نامة کارشناسی ارشد، مؤسسة ژئوفیزیک، دانشگاه تهران.
  10. شاکری، ف. (1393). تحلیل شاخص‏های ناپایداری هنگام وقوع پدیدة تگرگ در شهرستان مشهد، پایان‏نامة دورة کارشناسی ارشد، دانشکدة علوم جغرافیایی، دانشگاه خوارزمی تهران.
  11. صناعی، ب.؛ باستانی، خ. و رفیع‏بخش، ف. (1382). بررسی مدل آماری پدیدة تگرگ در کشور، نیوار، 48-49.
  12. ضیایی اصل، س. (1388). تگرگ و اثرات آن، فصل‏نامة تخصصی بارش، نشریة داخلی ادارة کل هواشناسی استان خوزستان، 1-25.
  13. علیجانی، ب. (1394). تحلیل فضایی، مخاطرات محیطی، 2(3): 1-14.
  14. علیزاده، ا. (1386). اصول هیدرولوژی کاربردی، چ 21، مشهد: انتشارات دانشگاه امام رضا(ع).
  15. فرج‏زاده اصل، م. و مصطفی‏پور، ط. (1391). تحلیل زمانی و مکانی بارش تگرگ در ایران، جغرافیا و توسعه، 10(پیاپی 28): 55-66.
  16. قشلاقی، م. (1386). بررسی تأثیر تگرگ بر روی مناطق کشاورزی استان‏های آذربایجان شرقی و غربی، پایان‏نامة کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم تحقیقات.
  17. گزارش پژوهشکدة هواشناسی (1385). کاهش ریسک بلایای جوی و اقلیمی (خشک‏سالی و تگرگ)، گزارش ششم، مطالعة روش‏های مدیریتی در مقابله با بحران‏های جوی و اقلیمی و سازمان‏دهی سیستم‏های هشدار پدیده‏های مخرب جوی.
  18. لشکری، ح. و امینی، م. (1389). تحلیل سینوپتیک و پهنه‏بندی بارش تگرگ در خراسان بزرگ برای دورة آماری (1996-2005)، جغرافیا و برنامه‏ریزی، 15(31): 51-108.
  19. لشکری، ح.؛ پژوه، ف. و بیتار، م. (1394). تحلیل همدید بارش تگرگ فراگیر در غرب ایران، فضای جغرافیایی, 15(50): 83-105.
  20. مطالعات برنامة آمایش استان آذربایجان شرقی (1396). معاونت برنامه‏ریزی، دفتر برنامه‏ریزی و بودجه، گروه آمایش و برنامه‏ریزی، تبریز: استانداری آذربایجان شرقی، ساختار کشاورزی، جلد 9، صص 19-22.
  21. میرموسوی، ح. و اکبرزاده، ی. (1388). کاربست توزیع‏های پواسن و دوجمله‏ای منفی در برآورد احتمالات رخداد روزهای تگرگ/ مطالعة موردی: استان آذربایجان شرقی، مجلة جغرافیا و برنامه‏ریزی محیطی، 4: 73-84.
  22. میرموسوی، ح. و اکبرزاده، ی. (1389). مطالعة زمانی- مکانی بارش تگرگ در فصل رشد گیاهان/ مطالعة موردی: استان آذربایجان شرقی، نشریة علمی- پژوهشی جغرافیا و برنامه‏ریزی، دانشگاه تبریز، 33: 175-190.
  23. میرموسوی، س.؛ جلالی، م. و کیانی، ح. (1392). تحلیل زمانی‏- مکانی احتمال وقوع بارش تگرگ در استان کرمانشاه، فضای جغرافیایی, 13(43): 83-98.
  24. Changnon, S. A. (1967). Areal-Temporal Variations of Hail Intensity in Illinois: Journal of Applied Meteorology, Vol. 6, pp. 536-541.
  25. Changnon, S. A. (1984). Temporal and Spatial Variations in Hail in the Upper Great Plains and Midwest: Journal of Applied Meteorology, Vol. 23, pp. 1531-1541.
  26. Changnon, S. A. (1999). Factors affecting temporal fluctuations in damaging storm activity in the United States based on insurance loss data: Journal Meteorol, Appl. 6, pp. 1-10.
  27. Changnon, S. A. (2009). Increasing major hail losses in the U.S.: Climatic Change, 96, pp. 161-166.
  28. Changnon, S. A. and Changnon, D. (2000). Long-Term Fluctuations in Hail Incidences in the United States: Journal of Climate, Vol. 13, pp. 658-664.
  29. Feral, L.; Sauvageot, H. and Soula, S. (2002). Hail detection using S- and C-band radar reflectivity difference. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 20: 233-248.
  30. Frisby, E. M. (1962). Relationship of Ground Hail Damage Patterns to Features of the Synoptic Map in the Upper Great Plains of the United States: Journal of Applied Meteorology, Vol. 1, pp. 348-352.
  31. Frisby, E. M. (1963). Hailstorms of the Upper Great Plains of the United States: Journal of Applied Meteorology, Vol. 2, pp. 759-766.
  32. Getis, A. and Ord, J.K. (1992). The analysis of spatial association by use of distance statistics. Geographical Analysis, 24(3): 189-206.
  33. Giaiotti, D.; Sergio, N. and Fulvio, S. (2003). The climatology of hail in the plain of Friuli Venetia Giulia. Atmospheric Research, 67-68: 247-259.
  34. Han-Gyul, J.; Hyunho, L.; Jambajamts, L. and Jong-Jin, B. (2016). A Hail Climatology in South Korea, Atmospheric research, 38-54.
  35. Lucia, H.; Laura, L.; Merino, A.; Berthet, C.; García-Ortega, E.; Sánchez, J. and Dessens, L. (2015). Hailfall in southwest France: Relationship with precipitation, trends and wavelet analysis, Atmospheric Research, 156: 174-188.
  36. Ord, J.K and Getis, A. (1995). Local spatial autocorrelation statistics: distributional issues and an application. Geographical Analysis, 27(4): 286-306.
  37. Petoumenou, D. G.; Biniari, K.; Xyrafis, E.; Mavronasios, D.; Daskalakis, I. and Palliotti, A. (2019). Effects of Natural Hail on the Growth, Physiological Characteristics, Yield, and Quality of Vitis vinifera L. cv. Thompson Seedless under Mediterranean Growing Conditions. Agronomy, 9(4): 197- 221.
  38. Sánchez, J. L.; Fraile, R.; De La Madrid, J. L.; De La Fuente, M. T.; Rodríguez, P. and Castro, A. (1996). Crop damage: The hail size factor. Journal of Applied Meteorology, 35(9): 1535-1541.
  39. Wieringa, J. and Lomas, J. (2001). Lecture notes for training agricultural meteorological personnel. WMO-No.551. ISBN 92-63-12551-1. 196 pp.
Volume 54, Issue 1
June 2022
Pages 135-150
  • Receive Date: 28 December 2021
  • Revise Date: 02 March 2022
  • Accept Date: 27 April 2022
  • First Publish Date: 27 April 2022